基于Bézier曲线的小直线段局部转接光顺研究

连续小直线段轨迹(G01)是实际加工过程中最常见的轨迹形式,而直线拐角处的几何不连续性势必会带来速度和加速度的突变,严重影响加工质量和加工精度。为提高G01轨迹的加工效率和加工质量,提出一种基于三次Bézier曲线的小直线段转接光顺算法,并建立拐角转接控制模型,实现轨迹连续性的提升。同时,为进一步提高加工效率,所提算法保证转接曲线曲率极值点出现在Bézier曲线中点处,并能够实现曲率极值的解析计算,并以拐角曲率最优为目标实现转接光顺控制。在加减速方面,基于柔性加减速控制方法,提出一种切向跃度连续的加减速曲线形式,并以此为前提,应用双向扫描算法实现速度前瞻过程,完成速度规划和插补。最后与现有算法进行对比,试验结果表明所提算法能够在保证相似加工精度的前提下显著提升加工效率。

五轴线性刀路的转接光顺及轨迹生成算法

线性刀路是五轴加工中广泛采用的刀具路径形式。由于线性刀路的切向和曲率均不连续,容易引起机床振动,降低加工质量和加工效率。已有的方法仍然存在一些问题,同步参数化、误差控制以及实时性无法同时满足,在规划进给速度时没有考虑五轴机床的非线性运动学特性。为此,提出了一种新的路径光顺方法。该方法采用2条3次Bézier曲线对线性刀路进行转接光顺,提高几何连续性:一条Bézier曲线对刀尖点位置进行光顺;为了保证刀轴矢量单位化,用2个欧拉角表示刀轴矢量,从球面坐标系映射到平面笛卡尔坐标系,用另一条Bézier曲线对其光顺。接着,给出了基于转接光顺的轨迹生成算法。该算法考虑非线性运动学特性,结合前瞻技术和7段式S型速度规划方法,实时规划出满足伺服约束的平滑进给速度。仿真与试验结果表明:所提出的刀路光顺与轨迹生成算法能够规划出加速度连续的进给速度曲线,提高进给速度,生成的轨迹满足驱动约束,适用于实时环境。